Eintrittspupille

Eintrittspupille

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Die Eintrittspupille ist eine reelle oder virtuelle Öffnung, welche die in ein optisches System einfallenden Strahlenbündel begrenzt.

Sie ist mit der Aperturblende identisch, falls sich diese in Lichtrichtung vor den abbildenden Elementen (Linsen oder Spiegeln) befindet. Anderenfalls entsteht die Eintrittspupille als Bild der Aperturblende, indem diese von den vor ihr liegenden Elementen in den Objektraum abgebildet wird.

Bedeutung des Durchmessers der Eintrittspupille

Der Durchmesser der Eintrittspupille ist eine Kenngröße der an der optischen Abbildung beteiligten Lichtbündel und somit eine Kenngröße für die übertragene Leuchtdichte. Je nach Objektlage wird der Durchmesser der Eintrittspupille unterschiedlich verrechnet.

Objekt im Unendlichen

Der Durchmesser wird direkt als Kenngröße bei Fernrohren angegeben, oder allgemein bei Abbildungssystemen, bei denen die Objektdistanz unendlich ist.

Objektlage variabel

Des Weiteren geht der Durchmesser in die Blendenzahl k (gebräuchlich bei Fotoobjektiven, bei denen die Objektdistanz variabel ist) ein, wo er zusammen mit der bildseitigen Brennweite des Systems die Bündelbegrenzung beschreibt.

Objektlage nah

Bei Mikroskopen oder allgemein bei optischen Systemen, bei denen die Objektdistanz sehr gering ist, bestimmt der Durchmesser der Eintrittspupille zusammen mit der Objektdistanz über eine Winkelfunktion den Öffnungswinkel und damit die numerische Apertur.

Bedeutung der Position der Eintrittspupille

Aufgrund der Position der Eintrittspupille unterscheidet man drei Perspektiven oder auch Strahlengänge:

Die entozentrische Perspektive

Dies ist, was gemeinhin unter perspektivischer Abbildung verstanden wird. Sie liegt beim menschlichen Auge, bei fotografischen Objektiven sowie vielen anderen optischen Geräten vor.

Die entozentrische Perspektive zeichnet sich dadurch aus, dass weiter entfernte, aber gleich große Objekte in der Bildebene kleiner abgebildet werden als nähere.

Sie entsteht, wenn sich die Eintrittspupille in Abbildungsrichtung hinter den abzubildenden Objekten befindet. (Man beachte, dass Abbildungsrichtung und "Blickrichtung" gegenläufig sind.)

Die telezentrische Perspektive

Bei der telezentrischen Perspektive unterscheidet man den telezentrischen Strahlengang im Objekt- und im Bildraum.

Objektseitiger telezentrischer Strahlengang

Beim telezentrischen Strahlengang im Objektraum werden gleich große, hintereinanderliegende Objekte in der Bildebene mit dem gleichen Abbildungsmaßstab (d. h. gleich groß) abgebildet.

Dies findet zum Beispiel bei Messobjektiven (Messmikroskope) Anwendung, bei denen die Abmessungen von Objekten in unterschiedlichen Objektdistanzen verglichen werden sollen.

Dieser Strahlengang entsteht, wenn die Eintrittspupille im objektseitigen Unendlichen liegt, das heißt, wenn sich die Aperturblende in der bildseitigen Brennpunktebene befindet.

Bildseitiger telezentrischer Strahlengang

Der telezentrische Strahlengang im Bildraum ist das seitenvertauschte Gegenstück zum telezentrischen Strahlengang im Objektraum, das heißt, ein Objekt wird in unterschiedlichen Bildebenen gleich groß abgebildet.

Dieses findet zum Beispiel bei großformatigen Projektionen (Autokino) Anwendung, bei denen eine zur optischen Achse parallele Bewegung der Bildebene (Leinwand) zu störenden, lokalen Größenänderungen des Bildes führen würde.

Dieser Strahlengang entsteht, wenn sich die Aperturblende im objektseitigen Brennpunkt befindet, und somit mit der Eintrittspupille identisch ist. In diesem Fall wird die Austrittspupille in das bildseitige Unendliche abgebildet.

Die hyperzentrische Perspektive

Bei dieser Darstellung werden weiter entfernte, aber gleich große Objekte in der Bildebene größer dargestellt als nähere. Sie entsteht, wenn die Eintrittspupille in Abbildungsrichtung vor den Objekten liegt.

In der Bildverarbeitung werden hyperzentrische Objektive verwendet, um die Mantelflächen zylinderförmiger Objekte (Tablettendosen, Gewinde, etc.) von der Stirnseite des Zylinders aus zu betrachten.

Dabei befindet sich die Objektachse im Idealfall auf der optischen Achse des Objektivs. Kreise mit Objektradius und Mittelpunkt auf der Zylinderachse werden in diesem Fall in konzentrische Kreise abgebildet und Schraubengewinde werden auf eine Spirale abgebildet.

Die Frontlinsen hyperzentrische Objektive müssen deutlich größer als die betrachteten Objekte sein.

Siehe auch: Blende (Optik), Austrittspupille, Telezentrisches Objektiv

Schwenkende Kamera auf einem „Nodalpunkt“-Adapter

Panoramafotografie

Die Kenntnis der Lage der Eintrittspupille ist wichtig für die Erstellung von Panoramen aus mehreren Einzelbildern. Nur wenn die Kamera zwischen der Aufnahme verschiedener, sich überlappender Teilbilder um die Eintrittspupille als Drehpunkt geschwenkt wird, können diese später am Computer ohne besondere Maßnahmen oder Fehler bei der Bildbearbeitung zu einem Panoramabild zusammengesetzt werden.

Bei ausschließlich sehr weit oder gleich weit entfernten Bildobjekten fällt es nicht unbedingt ins Gewicht, wenn um einen vom Blendenzentrum abweichenden Punkt – z. B. um das Bildzentrum oder einen der beiden Nodalpunkte – verschwenkt wird, bei der gleichzeitigen Abbildung von weit entfernten und in der Nähe befindlichen Objekten hingegen schon. Dies macht sich später beim Zusammensetzen der Bilder in Form von so genannten Geisterbildern bemerkbar.

Nodalpunktadapter

Da die Eintrittspupille bei den meisten Kameras nicht über dem Stativgewinde liegt, sind für präzise Panoramabilderaufnahmen spezielle (und oft sehr teure) Einstellschlitten bzw. Nodalpunkt-Adapter erforderlich, die zwischen Stativ und Kamera angebracht werden. Sie erlauben es, ein Objektiv mitsamt der Kamera um einen frei wählbaren Drehpunkt (innerhalb der mechanischen Grenzen des Adapters) zu verschwenken. Im Gegensatz dazu stehen einfache Drehteller oder Teilscheiben, die durch eine gleichmäßige Gradaufteilung beim Schwenken gleichmäßige Aufnahmen ermöglichen.

Neben der Drehung um die Eintrittspupille erlauben Nodalpunktadapter auch die Wahl eines anderen Drehpunktes – natürlich auch um einen der beiden Nodalpunkte. Die Bezeichnung Nodalpunkt-Adapter rührt möglicherweise daher, dass der Begriff Nodalpunkt früher fälschlicherweise für das Zentrum der Eintrittspupille verwendet wurde. Im Zusammenhang mit Panoramafotografie haben die Nodalpunkte jedenfalls keine Bedeutung.

Siehe auch


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